基于WEP模型和TRMM_PR的唐家山堰塞湖入湖径流预报

为解决缺资料地区的堰塞湖入湖径流模拟预报问题,本文以2008年5月12汶川大地震形成的唐家山堰塞湖为研究对象;采用分布式水文模型与热带降雨测量卫星的降雨数据(TRMM_PR)相结合的方法,设置了3种降水输入模式,对堰塞湖形成期内(5月12日—6月9日)的日均入湖流量进行了模拟预报,并利用监测期内(5月29日—6月9日)入湖径流实测资料与模拟结果进行了对比。结果表明:根据气象站实测降水数据对TRMM_PR数据进行修正后输入模型(模式3),比将气象站实测数据直接输入模型(模式1)和将TRMM_PR观测数据直接输入模型(模式2)的模拟结果要好。本文的模拟结果表明,分布式水文模型可以和星载雷达测雨数据相结合可有效弥补因气象站点过于稀疏、单站控制面积过大造成的资料缺乏问题,而利用气象站点观测数据对TRMM_PR数据进行修正可以有效改善模型的降水输入,从而可以提高入湖径流预报精度。

WEPS模型下天津郊区风蚀尘对城区空气质量的影响

为了模拟天津市郊区地表风蚀起尘对城区空气质量影响,以美国风蚀预报系统(WEPS)为基础,并对其进行二次开发,本地化风文件、其他气象要素文件、土壤文件以及管理文件.循环计算每个起尘地块不同季节的蠕移质+跃移质平均损失量、悬移质平均损失量及PM10平均损失量.结果表明,2009年冬季,单位地块的起尘量与总起尘量均大于其他季节;冬季,指向中心城区蠕移+跃移量、悬浮量及PM10各区总起尘量较其他季节大.春季,总起尘量来自东方向最大;夏季,来自西方向最大;秋季,来自西方向最大;冬季,来自北方向最大.一年中,来自北方向的PM10最多,达9.67×104t,而冬季占81.7%.可见,位于城区北面的郊区尤其在冬季对城区空气质量的影响最大.

考虑两流区影响的分布式水文模型及其应用

黄土塬区土层巨厚,土壤入渗过程包括优先流和基质流,但其两流区入渗过程不同于山区等区域。目前,分布式水文模型在黄土高原应用时未考虑优先流对降雨入渗过程的影响,造成模型在黄土高原应用时模拟失真,精度较低,大大限制了流域分布式水文模型的广泛适用性。基于传统降雨入渗模型(Green-Ampt模型),研究通过引入总土壤饱和含水量和土壤总饱和导水系数,改进分布式水文模型,构建黄土塬区两流区WEP分布式水文模型。选择黑河流域作为研究区域,分别利用改进前、后的WEP模型模拟研究区的降雨径流过程,对比验证WEP模型改进后的适用性。结果表明:与传统WEP模型相比,通过考虑两流区影响:对于月径流而言,流域断面逐月径流量相对误差绝对值均小于0.05%,Nash-Sutcliffe效率系数均大于0.69;而未改进模型的相对误差为0.06%~0.24%,Nash-Sutcliffe效率系数在0.66~0.70之间;改进后的模型率定期Nash-Sutcliffe效率系数由0.66升高至0.69,相对误差绝对值由0.24%降低到0.05%,在验证期内Nash-Sutcliffe效率系数由0.70提升到0.73,相对误差由0.06%减小到0.01%。针对日径流过程而言,模型改进后,Nash-Sutcliffe效率系数由-4.22提升到0.64,相对误差由57.17%降低到19.80%。通过考虑两流区对降雨入渗的影响,WEP模型对黑河流域断面月径流量以及日径流量过程的模拟效果明显改善,表明改进后的WEP模型在黄土塬区具有较好适用性,有助于增强对水分入渗过程的认识。

WEPS模型在乌兰布和沙漠油莎豆(Cyperus esculentus)种植区的应用

为探究WEPS模型的风蚀预测效果,在内蒙古乌兰布和沙漠油莎豆(Cyperus esculentus)种植区,对全采收(CK)、留4采6、留6采6油莎豆纯作和油莎豆-梭梭间作留茬4种不同采收模式地表进行风蚀监测,并利用2020年11月15日和12月26日2次实测风蚀数据对WEPS模型风蚀预测结果进行验证。结果表明:(1)与全采收相比,3种留茬模式均能有效降低风力对种植区地表的侵蚀作用,地表防风固沙能力随留茬数量的增加而提高。(2)WEPS模型预测单宽风蚀量与实测结果有明显差异,模型值最大为实测值的10.16倍,最小为实测值的0.58倍;模型预测质量有不确定性,在植被覆盖度较高的地表预测效果较差。(3)模型预测的单宽输沙量随实测值的增加呈幂函数增加,能够较准确地预测不同地表特征风蚀量变化趋势;在风蚀定量化估算上,WEPS模型还需根据实际风蚀环境对公式及参数进行修正。

滦河流域分布式水文模型开发与验证

以WEP模型为基础,构建了基于物理机制的滦河流域分布式水文模型,采用500 m×500 m正方形网格,将流域离散为215 353个基本计算单元,采用"马赛克"法进行土地利用类型重归类,对冠层截留、地表过程、土壤过程、地下水过程以及汇流过程等水文过程进行连续30 a的模拟计算,并以桃林口水库水文站和滦县水文站的还原流量为准对模型进行了校验。结果表明:模型校验期模拟月径流与观测月径流之间的相关系数为0.85～0.94,纳什效率系数在0.72以上,模拟年径流误差控制在5%左右,表明该模型具有较高精度,可为流域水资源综合开发和管理提供支撑。

鸭绿江流域分布式水文模型开发及验证

基于水分能量传输模型(WEP模型),构建了鸭绿江流域基于物理机制的分布式水文模型,该模型综合了水文模型和陆面过程模型的优点,耦合了水分循环和能量过程的模型。以"子流域套等高带"为计算单元,将全流域划分为558个子流域和2 427个等高带,以日为时间步长,对冠层截留、蒸散发、下渗、产汇流等水循环要素过程逐一模拟计算,并以该流域2个主要水文站的还原流量资料为准,对模型进行校准与检验。在校准期与检验期,沙尖子站Nash-Sutcliffe效率系数在0.9左右,水量模拟误差约-4%,梨树沟站Nash-Sutcliffe效率系数在0.94左右,水量模拟误差仅为0.4%左右,表明该模型模拟精度很高,可为流域广义水资源评价、洪水预报预警和国际河流开发利用等提供有力的决策依据。

基于WEPS模型的天津郊区土壤风蚀起尘及对中心城区迁移量估算

为了预测地表风蚀起尘,针对我国当前地表风蚀预测模型欠缺,相关开发滞后问题,借鉴美国风蚀预报系统(WEPS),研究典型地区地表风蚀预测模型的结构、参数体系以及各参数体系之间的关系,结合卫星遥感技术和实验数据,建立适合天津市的地表风蚀尘预测模型参数体系,开发适合天津市的地表风蚀尘预测模型系统.将天津市域划分为11 080个分辨率为1×1 km2的地块,并从中筛选7 778个起尘地块;本地化各地块参数,包括地块经纬度、高程、方向等;本地化各地块数据库文件,包括风文件、气象文件、土壤文件及管理文件;编制weps.run文件.以Microsoft Visualstudio 2008为平台,利用C++语言完成WEPS的二次开发,循环计算7 778块起尘地块的起尘量,包括蠕移质+跃移质平均损失量、悬移质平均损失量及PM10平均损失量.2009年,天津郊区各区县总(蠕移质+跃移质)损失量为2.54×106t,其中指向中心城区的为5.61×105t;总悬移质损失量为1.25×107t,其中指向中心城区的为2.89×106t;总PM10损失量为9.04×105t,其中指向中心城区的为2.03×105t.

变化环境下北京清水河流域径流响应研究

为辨析北京市清水河流域在变化环境下径流量的变化情况,利用分布式水文模型(WEP-L)模拟流域水文过程,利用模型计算结果分析气候(气温、降水)和土地利用类型发生变化的情况下清水河流域径流响应情况。结果表明,汛期降水减少和气温升高导致年径流量显著减少;气候变化是流域径流量减少的主要原因;在气温不变的情况下,随着降水的减少,径流量减少的量逐渐变小,但减少率增大;降水不变的情况下,径流量随着气温升高先增加后减少,减少率变化不明显;降水减少是径流量减少的主因。研究成果可为水资源开发管理和土地利用的合理规划提供依据。

气象水文模型耦合研究及其在渭河流域的应用

在由工程和非工程措施构成的流域防洪减灾体系中,水文预报占据十分重要的地位。为了延长水文预报的有效预见期,同时保证水文预报的精度,需要对整个水循环过程进行综合模拟研究,因此大气模式和水文模型的耦合研究成为关键。论文分别建立并验证了数值天气预报模式WRF和分布式水文模型WEP,采用单向耦合的方式,构建了渭河流域陆气耦合模拟平台,在此基础上对渭河流域2000年9月下旬至10月下旬的降雨和径流过程进行耦合模拟,并与实测降雨及径流日过程进行了对比分析,取得了较好的效果。